Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6663
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
G 02B 27/00
G 01S 17/00
(54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА
(21) Номер заявки: u 20100197
(22) 2010.03.02
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Барцевич Александр Михай-
лович; Батюшков Валентин Вениами-
нович; Калинин Анатолий Николаевич;
Кухта Игорь Владимирович; Синато-
ров Михаил Петрович; Тареев Анато-
лий Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционер-
ное общество "Пеленг" (BY)
(57)
1. Оптико-электронная система, включающая в себя канал широкого поля зрения, со-
стоящий из оптически связанных первого объектива и расположенного в его фокальной
плоскости первого матричного приемника оптического излучения, канал узкого поля зре-
ния, состоящий из оптически связанных второго объектива и расположенного в его фо-
кальной плоскости второго матричного приемника оптического излучения, блок выверки,
состоящий из оптически связанных коллиматора и первой призмы БкР-180°, причем кол-
лиматор содержит третий объектив, расположенную в его фокальной плоскости сетку с
выверочной маркой и источник излучения, при этом первая призма БкР-180° установлена
так, что центр ее входной световой зоны совпадает с осью коллиматора, причем оси кана-
ла широкого поля зрения, канала узкого поля зрения и коллиматора параллельны между
BY6663U2010.10.30

2. BY 6663 U 2010.10.30
2
собой, отличающаяся тем, что она снабжена первым оптическим компенсатором, распо-
ложенным перед первым объективом, и/или вторым оптическим компенсатором, распо-
ложенным между третьим объективом и первой призмой БкР-180°, выходная световая
зона которой оптически сопряжена с краем входного зрачка канала узкого поля зрения, на
первой по ходу луча отражающей поверхности первой призмы БкР-180° нанесено свето-
делительное покрытие и к ней гипотенузной гранью приклеена призма АР-90°, блок вы-
верки дополнен второй призмой БкР-180°, расположенной по ходу луча за первой
призмой БкР-180°, при этом центр входной световой зоны второй призмы БкР-180° совпа-
дает с осью коллиматора, а выходная световая зона второй призмы БкР-180° оптически
сопряжена с краем входного зрачка канала широкого поля зрения.
2. Оптико-электронная система по п. 1, отличающаяся тем, что каждый оптический
компенсатор выполнен в виде пары оптических клиньев, причем клинья каждого оптиче-
ского компенсатора установлены с возможностью вращения вокруг оси, на которой они
установлены, и с возможностью фиксации в выбранном положении.
3. Оптико-электронная система по п. 1, отличающаяся тем, что каждый оптический
компенсатор выполнен в виде афокальной системы, включающей положительную и отрица-
тельную линзы, причем линзы каждого оптического компенсатора установлены с возмож-
ностью перемещения в двух взаимно ортогональных направлениях, перпендикулярных
оси, на которой они установлены, и с возможностью фиксации в выбранном положении.
4. Оптико-электронная система по п. 1, отличающаяся тем, что один из оптических
компенсаторов выполнен в виде пары оптических клиньев, установленных с возможно-
стью вращения вокруг оси, на которой они установлены, и с возможностью фиксации в
выбранном положении, а другой оптический компенсатор выполнен в виде афокальной
системы, включающей положительную и отрицательную линзы, установленные с воз-
можностью перемещения в двух взаимно ортогональных направлениях, перпендикуляр-
ных оси, на которой они установлены, и с возможностью фиксации в выбранном
положении.
(56)
1. Патент на полезную модель BY 2885 U, 2006 (прототип).
Полезная модель относится к оптико-электронным приборам, в частности к приборам
для обнаружения и селекции объекта по сигналам бортового источника излучения, анали-
за принятого излучения, определения угловых координат обнаруженного объекта.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является оптико-элект-
ронная система определения координат движущихся объектов [1], включающая в себя ка-
нал широкого поля зрения, состоящий из оптически связанных первого объектива и
расположенного в его фокальной плоскости первого матричного приемника оптического
излучения, канал узкого поля зрения, состоящий из оптически связанных второго объек-
тива и расположенного в его фокальной плоскости второго матричного приемника опти-
ческого излучения, блок выверки, состоящий из оптически связанных коллиматора и
призмы БкР-180°, причем коллиматор содержит третий объектив, расположенную в его
фокальной плоскости сетку с выверочной маркой и источник излучения, а призма БкР-
180°, центр входной оптической зоны которой совпадает с осью коллиматора, установлена
с возможность поворота вокруг оси коллиматора с установкой в заданные положения так,
чтобы выходной зрачок призмы из нерабочего положения поочередно устанавливался в
пределах входного зрачка канала широкого поля зрения и входного зрачка канала узкого
поля зрения, причем оси канала широкого поля зрения, канала узкого поля зрения и кол-
лиматора параллельны между собой. В этой оптико-электронной системе юстировка па-

3. BY 6663 U 2010.10.30
3
раллельности осей канала широкого поля зрения и канала узкого поля зрения производит-
ся путем наклона корпуса канала широкого поля зрения. Юстировка параллельности осей
коллиматора и канала узкого поля зрения производится также путем наклона корпуса
коллиматора. Такой наклон обеспечивается либо подбором прокладок под местами креп-
ления, либо путем шабрения специально предусмотренных площадок в местах крепления.
Подбор прокладок не позволяет обеспечить высокую точность из-за дискретного измене-
ния толщины прокладок, кроме того, наличие большого количества прокладок снижает
надежность. Шабрение является очень трудоемкой технологией, при которой отсутствует
непрерывный контроль за убираемым слоем металла. Чувствительность такой юстировки
зависит от расстояния между местами крепления. Например, чтобы изменить наклон кол-
лиматора на 1 угловую минуту при расстоянии между местами крепления 50 мм, потребу-
ется прокладка величиной 50tg1' = 0,015 мм, причем направление наклона зависит от
расположения мест крепления. Необходимость соблюдения габаритов может потребовать
уменьшения расстояния между местами крепления, что сделает регулировку прокладками
еще более чувствительной, а значит, и более трудоемкой. В этой оптико-электронной си-
стеме перед началом работы проводится диагностика работоспособности. При этом приз-
ма БкР-180°, входящая в состав блока выверки, поворачивается вокруг оси коллиматора с
установкой в заданные положения так, что выходной зрачок призмы из нерабочего поло-
жения поочередно устанавливается в пределах входного зрачка канала широкого поля
зрения и входного зрачка канала узкого поля зрения, затем призма поворачивается обрат-
но в нерабочее положение, цикл диагностики заканчивается и принимается решение о го-
товности оптико-электронной системы к работе. На поворот призмы из нерабочего
положения в положения диагностики и обратно в нерабочее положение требуется опреде-
ленное время, которое входит во время подготовки оптико-электронной системы к работе,
а также наличие электро-механического привода, обеспечивающего поворот призмы в за-
данные положения, и датчиков положения повышает вероятность отказов.
Задачей полезной модели является снижение трудоемкости изготовления, повышение
точности и надежности прибора в эксплуатации, сокращение времени готовности оптико-
электронной системы к работе.
Для решения этой задачи оптико-электронная система, включающая в себя канал ши-
рокого поля зрения, состоящий из оптически связанных первого объектива и расположен-
ного в его фокальной плоскости первого матричного приемника оптического излучения,
канал узкого поля зрения, состоящий из оптически связанных второго объектива и распо-
ложенного в его фокальной плоскости второго матричного приемника оптического излу-
чения, блок выверки, состоящий из оптически связанных коллиматора и первой призмы
БкР-180°, причем коллиматор содержит третий объектив, расположенную в его фокальной
плоскости сетку с выверочной маркой и источник излучения, при этом первая призма БкР-
180° установлена так, что центр ее входной световой зоны совпадает с осью коллиматора,
причем оси канала широкого поля зрения, канала узкого поля зрения и коллиматора
параллельны между собой, в отличие от прототипа, снабжена первым оптическим ком-
пенсатором, расположенным перед первым объективом, и/или вторым оптическим ком-
пенсатором, расположенным между третьим объективом и первой призмой БкР-180°,
выходная световая зона которой оптически сопряжена с краем входного зрачка канала уз-
кого поля зрения, на первой по ходу луча отражающей поверхности первой призмы БкР-
180° нанесено светоделительное покрытие и к ней гипотенузной гранью приклеена призма
АР-90°, блок выверки дополнен второй призмой БкР-180°, расположенной по ходу луча за
первой призмой БкР-180°, при этом центр входной световой зоны второй призмы БкР-
180° совпадает с осью коллиматора, а выходная световая зона второй призмы БкР-180°
оптически сопряжена с краем входного зрачка канала широкого поля зрения.
Возможен вариант исполнения, когда каждый оптический компенсатор выполнен в
виде пары оптических клиньев, причем клинья каждого оптического компенсатора уста-

4. BY 6663 U 2010.10.30
4
новлены с возможностью вращения вокруг оси, на которой они установлены, и с возмож-
ностью фиксации в выбранном положении.
Возможен вариант исполнения, когда каждый оптический компенсатор выполнен в
виде афокальной системы, включающей положительную и отрицательную линзы, причем
линзы каждого оптического компенсатора установлены с возможностью перемещения в
двух взаимно ортогональных направлениях, перпендикулярных оси, на которой они уста-
новлены, и с возможностью фиксации в выбранном положении.
Возможен также вариант исполнения, когда один из оптических компенсаторов
выполнен в виде пары оптических клиньев, установленных с возможностью вращения
вокруг оси, на которой они установлены, и с возможностью фиксации в выбранном по-
ложении, а другой оптический компенсатор выполнен в виде афокальной системы,
включающей положительную и отрицательную линзы, установленные с возможностью
перемещения в двух взаимно ортогональных направлениях, перпендикулярных оси, на
которой они установлены, и с возможностью фиксации в выбранном положении.
Введение первого оптического компенсатора, расположенного перед первым объекти-
вом, позволяет быстро и легко выбрать такое положение, при котором ось канала широко-
го поля зрения будет с высокой точностью параллельна оси канала узкого поля зрения.
Регулировка с помощью компенсатора позволяет делать контролируемую регулировку
положения оси, при которой точность параллельности ограничивается только точностью
контроля. Введение второго оптического компенсатора, расположенного между третьим
объективом и призмой БкР-180°, позволяет быстро и легко выбрать такое положение, при
котором ось коллиматора будет с высокой точностью параллельна оси канала узкого поля
зрения. Повышение точности параллельности осей канала широкого поля зрения и канала
узкого поля зрения обеспечивает уменьшение скачка координат объекта при передаче
определения координат от канала широкого поля зрения к каналу узкого поля зрения, по-
вышение точности параллельности осей канала широкого поля зрения, канала узкого поля
зрения и коллиматора обеспечивает повышение точности контроля параллельности осей
системой выверки и позволяет учесть фактическую непараллельность каналов, например,
путем введения электронных поправок координат объекта. Это приводит к повышению
точности и надежности работы прибора. Наличие хотя бы одного из компенсаторов поз-
воляет получить требуемый результат. Выбор варианта исполнения оптического компен-
сатора производится из конструктивных соображений и обеспечивает одинаковый
технический результат. Наличие в блоке выверки первой и второй призм БкР-180°, первая
из которых установлена так, что центр ее входной световой зоны совпадает с осью колли-
матора, выходная световая зона первой призмы БкР-180° оптически сопряжена с краем
входного зрачка канала узкого поля зрения, на первой по ходу луча отражающей поверх-
ности первой призмы БкР-180° нанесено светоделительное покрытие и к ней гипотенуз-
ной гранью приклеена призма АР-90°, а вторая призма БкР-180° расположена по ходу
луча за первой призмой БкР-180°, при этом центр входной световой зоны второй призмы
БкР-180° совпадает с осью коллиматора, а выходная световая зона второй призмы БкР-180°
оптически сопряжена с краем входного зрачка канала широкого поля зрения, обеспечива-
ет сокращение времени на подготовку оптико-электронной системы к работе и повышение
надежности оптико-электронной системы в эксплуатации, так как исключает необходи-
мость узла привода поворота призмы и, соответсвенно, затраты времени на поворот приз-
мы БкР-180° при диагностике работоспособности оптико-электронной системы.
На фигуре представлена схема полезной модели.
Оптико-электронная система включает в себя первый оптический компенсатор 1, рас-
положенный перед каналом широкого поля зрения, который содержит оптически связан-
ные первый объектив 2 и расположенный в его фокальной плоскости первый матричный
приемник 3 оптического излучения, канал узкого поля зрения, который содержит оптиче-
ски связанные второй объектив 4 и расположенный в его фокальной плоскости второй

5. BY 6663 U 2010.10.30
5
матричный приемник 5 оптического излучения, блок выверки, состоящий из оптически
связанных первой призмы БкР-180° 6 и коллиматора, содержащего третий объектив 7,
расположенную в его фокальной плоскости сетку 8 с выверочной маркой и источник из-
лучения 9, между третьим объективом 7 и первой призмой БкР-180° 6 расположен второй
оптический компенсатор 10, а первая призма БкР-180° 6 установлена так, что центр ее
входной световой зоны совпадает с осью коллиматора, а выходная световая зона оптиче-
ски сопряжена с краем входного зрачка канала узкого поля зрения, на первой по ходу луча
отражающей поверхности первой призмы БкР-180° 6 нанесено светоделительное покры-
тие и к ней гипотенузной гранью приклеена призма АР-90° 11, блок выверки дополнен
второй призмой БкР-180° 12, расположенной по ходу луча за первой призмой БкР-180° 6,
центр ее входной световой зоны совпадает с осью коллиматора, а выходная световая зона
оптически сопряжена с краем входного зрачка канала широкого поля зрения. Благодаря
этому изображение выверочной марки в любой момент может наблюдаться каналом узко-
го поля зрения и каналом широкого поля зрения одновременно. Выверочная марка сетки 8
подсвечивается источником излучения 9. В качестве источника излучения 9 может быть
использован светодиод. Для повышения равномерности подсветки выверочной марки мо-
жет быть использован конденсор, а также конструктивно обеспечены регулировки поло-
жения источника излучения 9.
Оптические компенсаторы 1, 10 могут быть выполнены, например, в виде пары опти-
ческих клиньев, установленных с возможностью вращения вокруг оси, на которой уста-
новлен компенсатор, и с возможностью фиксации в выбранном положении. Например,
круглые оптические клинья вклеены в круглых металлических оправах, которые установ-
лены внутри корпуса в виде трубки. По диаметру оправ клиньев через, например, 30° сде-
ланы углубления под шпильку, а в корпусе сделан секторный вырез величиной 40°,
открывающий доступ к углублениям. В корпусе также имеются стопора для фиксации
клиньев в выбраном положении. Шпильками поворачиваем клинья и находим нужное по-
ложение, в котором фиксируем клинья стопорами.
Возможен вариант исполнения, при котором каждый оптический компенсатор выпол-
нен в виде афокальной системы, включающей положительную и отрицательную линзы,
установленные с возможностью перемещения в двух взаимно ортогональных направлени-
ях, перпендикулярных оси, на которой они установлены, и с возможностью фиксации в
выбранном положении. Например, оправы с линзами могут быть установлены в каретках,
которые перемещаются в направляющих типа "ласточкин хвост", причем направляющие
для положительной и отрицательной линз установлены взаимно ортогонально. Подвижка
каждой каретки может быть обеспечена винтовой парой, а фиксация - дополнительными
винтами.
Возможен также вариант исполнения, при котором один оптический компенсатор вы-
полнен в виде пары оптических клиньев, установленных с возможностью вращения во-
круг оси, на которой установлен компенсатор, и с возможностью фиксации в выбранном
положении, а другой оптический компенсатор выполнен в виде афокальной системы,
включающей положительную и отрицательную линзы, установленные с возможностью
перемещения в двух взаимно ортогональных направлениях, перпендикулярных оси, на
которой они установлены, и с возможностью фиксации в выбранном положении.
В качестве первого и второго матричных приемников 3, 5 оптического излучения мо-
гут быть использованы, например, ПЗС-камеры, выполненные на базе ПЗС-матриц
ICX429ALL фирмы SONY, которые являются цифровыми устройствами, преобразующи-
ми оптические сигналы в электрические. На выходе ПЗС-камеры выдают цифровой 12-
разрядный код, пропорциональный уровню освещенности каждого пиксела матрицы.
В качестве второго объектива 4 канала узкого поля может быть использован, напри-
мер, зеркально-линзовый объектив, имеющий следующие характеристики:

6. BY 6663 U 2010.10.30
6
фокусное расстояние 332 мм
диаметр входного зрачка 160 мм
эффективное относительное отверстие D:f 1:2,3.
Применение этого объектива, имеющего большой входной зрачок и большое относи-
тельное отверстие, обеспечивает высокую чувствительность и возможность определения
координат при удалении объекта на большое расстояние, а зеркально-линзовая схема поз-
воляет уменьшить габариты объектива и соответственно всей системы.
Фокусное расстояние первого объектива 2 канала широкого поля зрения должно быть
небольшим, чтобы обеспечивать достаточное поле зрения для уверенного захвата объекта
на начальном этапе, в то же время для обеспечения хороших энергетических характери-
стик канала, для уверенного приема оптического сигнала от установленного на объекте
импульсного источника объектив должен иметь большой входной зрачок и относительное
отверстие. Параметры объектива выбираются, исходя из компромисса между этими про-
тиворечивыми требованиями.
На фигуре представлена схема оптико-электронной системы, включающая два опти-
ческих компенсатора 1 и 10, введение которых наиболее эффективно при относительно
малых полях зрения каналов узкого и широкого поля зрения. Однако на практике возмож-
ны случаи, когда достаточно использования лишь одного оптического компенсатора.
Например, при большом поле зрения канала широкого поля зрения (более 3°) достаточно
введения лишь одного оптического компенсатора 10, а оптический компенсатор 1 можно
исключить, что не приведет к существенному повышению трудоемкости юстировки и не
отразится на надежности работы оптико-электронной системы, так как современная тех-
нология обеспечивает возможность достижения параллельности осей каналов узкого и
широкого полей зрения с точностью, соизмеримой с допустимой величиной непараллель-
ности осей каналов.
Полезная модель работает следующим образом.
В начале производится диагностика состояния оптико-электронной системы. Для этого
включают источник излучения 9, который освещает сетку 8 с выверочной маркой, распо-
ложенную в фокальной плоскости третьего объектива 7 коллиматора. Излучение проходит
через второй оптический компенсатор 10, попадает на первую призму БкР-180° 6, на све-
тоделительном покрытии на первой по ходу луча отражающей поверхности первой приз-
мы БкР-180° 6 делится на две части. Одна часть отражается и направляется первой
призмой БкР-180° 6 на край входного зрачка канала узкого поля зрения. Другая часть про-
ходит светоделительное покрытие, призму АР-90° 11 и направляется второй призмой БкР-
180° 12 на край входного зрачка канала широкого поля зрения. Объективы 2, 4 каждого
канала строят изображение выверочной марки на матричных приемниках 3, 5 оптического
излучения. С помощью оптического компенсатора 10 изображение выверочной марки
совмещают с осью канала узкого поля зрения, положение изображения выверочной марки
относительно оси канала широкого поля зрения определяется допусками на изготовление
склейки первой призмы БкР-180° 6 с призмой АР-90° 11 и второй призмы БкР-180° 12.
Определение координат изображения выверочной марки в каждом канале позволяет опре-
делить готовность прибора к работе, а также определить параллельность осей каналов, ко-
торая может учитываться путем введения электронных поправок в координаты объекта.
Так как первая призма БкР-180° 6 с приклеенной к ней призмой АР-90° 11 и вторая приз-
ма БкР-180° 12 закреплены постоянно, то время на проведение диагностики работоспо-
собности сводится к минимуму, а также отсутствие в блоке выверки движущихся частей
уменьшает вероятность отказов.
Канал широкого поля зрения работает на начальном этапе полета объекта. Импульс-
ное излучение источника, установленного на объекте, попадает в поле зрения канала ши-
рокого поля зрения и фокусируется объективом 2 на матричном приемнике 3 оптического
излучения. Изображение источника может занимать один или несколько фотоприемных

7. BY 6663 U 2010.10.30
7
элементов (пикселей) матрицы. Принимаемая матрицей оптическая информация оцифро-
вывается и обрабатывается электронно-вычислительным устройством (на фигуре не пока-
зано) по заданной программе. При обработке идентифицируются оптические сигналы,
принадлежащие импульсному источнику объекта, определяются их энергия и координаты
изображения импульсного источника на матричном приемнике. Координаты определяют-
ся в системе координат, построенной на матричном приемнике, при этом в определенной
зоне матрицы какой-то элемент разложения (пиксель, группа пикселей) принимается
имеющим нулевые координаты, а строка и столбец, проходящие через него, принимаются
за оси координат. Оптическая ось канала проходит через главные точки объектива и центр
координат. Измеренные координаты объекта передаются во внешнее управляющее
устройство, которое формирует команды, заставляющие объект двигаться к оптической
оси. В какой-то момент объект входит в поле зрения канала узкого поля зрения и с этого
момента импульсный источник видят оба канала, но управление объектом идет по коор-
динатам, определенным каналом узкого поля зрения, т.к. он имеет объектив с большим
фокусным расстоянием и входной апертурой, соответственно обладает способностью ви-
деть излучение импульсного источника на большем расстоянии и определять его коорди-
наты с большей точностью.
Поэтому важно, чтобы оси каналов были параллельны, во-первых, чтобы повысить
вероятность захвата объекта каналом узкого поля зрения, во-вторых, чтобы избежать
скачка при передаче управления с канала широкого поля зрения на канал узкого поля зре-
ния. Наличие первого оптического компенсатора 1, расположенного перед первым объек-
тивом 2, позволяет при сборке обеспечить высокую точность параллельности осей канала
широкого поля зрения и канала узкого поля зрения и снизить трудоемкость этой регули-
ровки. При сборке котировочное оборудование позволяет видеть взаимное положение
осей каналов узкого и широкого полей зрения. Поворотом клиньев первого оптического
компенсатора 1, расположенного перед первым объективом 2, обеспечивается совмеще-
ние оси канала широкого поля зрения с осью канала узкого поля зрения, с последующей
фиксацией клиньев в найденном положении. Учитывая, что каналы имеют объективы с
разными фокусными расстояниями и, соответственно, разные масштабы угловых отклоне-
ний, а также для устранения влияния аберраций объективов, оптическая ось коллиматора
должна быть параллельна оптической оси канала узкого поля зрения как более чувстви-
тельного. Второй оптический компенсатор 10, расположенный между третьим объективом 7
и призмой БкР-180° 6, позволяет легко и точно обеспечить это требование. Если ось кол-
лиматора не параллельна оси канала узкого поля зрения, то изображение выверочной мар-
ки не будет совпадать с осью канала узкого поля зрения. Поворотом клиньев второго
оптического компенсатора 10, расположенного между объективом 7 коллиматора и приз-
мой БкР-180° 6, обеспечивается совмещение изображения выверочной марки с осью кана-
ла узкого поля зрения, с последующей фиксацией клиньев в найденном положении. При
этом обеспечивается параллельность оси коллиматора и оси канала узкого поля зрения.
Таким образом, использование заявляемой оптико-электронной системы обеспечивает
снижение трудоемкости изготовления, повышение точности и надежности прибора в экс-
плуатации, сокращение времени готовности оптико-электронной системы к работе.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.